La durée du jour sur une exoplanète déterminée pour la toute première fois

Arthur Vigan, chercheur en astrophysique au Laboratoire d'astrophysique de Marseille (CNRS) et responsable d'HiRise, présente les atouts de ce nouvel instrument installé sur le Very Large Telescope.

Installé sur le Very Large Telescope (VLT) de l’Observatoire européen austral (ESO), l'instrument HiRise (pour "High-Resolution Imaging and Spectroscopy of Exoplanets") a obtenu sa première lumière le 9 juillet 2023. Dédié à l'observation des jeunes exoplanètes gazeuses, il va permettre de mieux comprendre les mécanismes de formation de ces dernières. Développé au Laboratoire d'astrophysique de Marseille, son mécanisme de fonctionnement est présenté par Arthur Vigan, le responsable scientifique d'HiRise.

"Connecter deux instruments pour disposer d'un outil encore plus performant"

Sciences et Avenir : quel est le principe de fonctionnement d'HiRise ?

Arthur Vigan : ma thématique de recherche principale est l'imagerie directe d'exoplanètes et j'ai notamment beaucoup travaillé sur l'instrument Sphere, dédié à cet objectif, et qui permet de collecter des images et des spectres de ces astres. Il est particulièrement efficace car il permet de détecter des objets qui sont un million de fois moins lumineux que leur étoile. Ce qui correspond à de jeunes planètes géantes gazeuses âgées de moins de 100 millions d'années. On a également la possibilité de faire de la spectroscopie pour mesurer la composition de ces objets-là mais avec un niveau de détails limités.

Par ailleurs, sur le même télescope que Sphere a été réinstallé il y a deux ans l'instrument Crires+ qui permet de faire des spectres à une résolution extrêmement élevée. L'idée derrière HiRise est de connecter ces deux instruments pour disposer d'un outil encore plus performant.

Concrètement, comment se passe cette connexion ?

En fait, nous allons tirer le meilleur des deux instruments. Sphere va s'occuper de toute la partie de correction des turbulences de l'atmosphère terrestre grâce à l'optique adaptative. On utilise ensuite un nouvel instrument placé à l'intérieur de Sphere pour récupérer la lumière d'une planète et, avec une fibre optique, la transmettre de l'autre côté du télescope pour l'injecter à l'aide d'un petit module au spectrographe Crires+ qui va réaliser son spectre. 

Module d'injection de fibres du projet HiRise dans l’instrument Sphere, sur le VLT. Il prélève le signal de l'exoplanète connue par imagerie grâce à Sphere, et cette lumière est amenée par un toron de fibres jusqu'à un module d'extraction qui l'envoie dans Crires+. Crédits : Arthur VIGAN / LAM / CNRS Images.

Nous allons pouvoir mesurer la durée d'une journée sur les exoplanètes !"
Quel gain va apporter HiRise ?

Pour illustrer la chose, nous pouvons dire qu'avec Sphere, nous obtenons une résolution spectrale de l'ordre de 50. Grâce à HiRise, nous aurons désormais une résolution de 100.000 ! Ce qui nous permettra de réaliser des spectres à haute résolution de planètes connues et de mieux comprendre les mécanismes de formation des exoplanètes géantes, la composition de leur atmosphère et comment elles évoluent dans le temps. Une autre information qu'il sera possible d'obtenir, c'est la vitesse de rotation des planètes qui seront observées. Nous allons pouvoir mesurer la durée d'une journée sur ces astres ! C'est aussi une information qui nous permettra de mieux comprendre leur formation car nous supposons qu'il y a un lien entre la vitesse de rotation et certains mécanismes qui conduisent à leur assemblage. Il faudra toutefois patienter quelques mois, les premières observations scientifiques sont programmées en novembre, pour obtenir de premiers résultats concrets.

Sciences et Avenir